Od wielu lat wykorzystuje się spalanie mieszanek gazowo pyłowych i gazowo olejowych ładunku zawirowanego w praktycznych rozwiązaniach różnych przemysłowych palników wirowych oraz w systemach spalania silników tłokowych. W obydwu przypadkach dotyczy to przede wszystkim spalania mieszanek dwufazowych: pyłowo-powietrznych w palnikach wirowych i olejowo-powietrznych w silnikach o zapłonie samoczynnym. Mimo dużych różnic w zachowaniu się płomieni w mieszankach dwufazowych, w porównaniu z płomieniami rozprzestrzeniającymi się w jednorodnych mieszankach gazowych, jedna cecha dotycząca struktury przestrzennej płomienia jest wspólna: w polu znacznych sił odśrodkowych spaliny są kierowane w kierunku osi wirowania, a świeża mieszanka na obrzeże wiru.
W palnikach wirowych strugi zawirowane wytwarzaj intensywny i stabilny płomień. Palniki te zapewniaj szybkie mieszanie paliwa i powietrza u wylotu palnika i charakteryzują się dużą szybkością spalania, a zdolność mieszania z otaczającym czynnikiem i występująca wewnętrzna recyrkulacja stabilizuje płomień. Powszechne zastosowanie w technice znalazły tylko płomienie silnie zawirowane, w których występuje strefa recyrkulacji. Tworzy ona obszar intensywnego mieszania produktów spalania i jest akumulatorem ciepła oraz chemicznie aktywnych składników.
Zawirowanie ładunku może być równie stosowane w silnikach tłokowych o zapłonie iskrowym podczas spalania mieszanek ubogich, co umożliwia stosowanie podwyższonych stopni sprężania bez obawy występowania spalania stukowego. Spalanie mieszanek ubogich jest korzystne ze względu na ekonomię zużycia paliwa i zmniejszenie emisji toksycznych składników spalin. Spalaniu tych mieszanek towarzyszy nisza od stechiometrycznej temperatura reakcji chemicznych i w związku z tym występuje nisza emisja tlenków azotu.
Jednocześnie spalaniu mieszanek ubogich towarzyszy zwykle zmniejszenie gradientu temperatury między produktami spalania a ściankami komory spalania, co jest równoznaczne ze zmniejszeniem strat ciepła do ścianek, a take z obniżeniem dysocjacji produktów spalania. Występują jednak wówczas poważne problemy z zapłonem mieszanki, ponieważ początkowe ognisko zapłonu w polu dużych gradientów prędkości jest narażone na zgaśnięcie, a prędkość spalania laminarnego jest stosunkowo mała, co nie zapewnia wystarczająco dużych szybkości narastania ciśnienia. Wymaga to stosowania środków poprawiających warunki inicjacji płomienia w postaci uwarstwienia ładunku (np. system GDI – gasoline direct injection) lub zapłonu katalityczno-żagwiowego. Przy zapłonie żagwiowym ładunku duża liczba ognisk płomienia intensyfikuje przebieg spalania, a z drugiej strony przyrost szybkości spalania odbywa się w sposób kontrolowany, nieprowadzący do spalania stukowego.
W silnikowych systemach spalania z zawirowaniem ładunku stosowano komory spalania o kształcie kulistym lub cylindrycznym lokowane w głowicy cylindra pod zaworem wylotowym; jak np. w komorze spalania o nazwie „Fireball” lub w tłoku (komora HRCC opracowana przez Ricardo). W Polsce komora spalania o intensywnym zawirowaniu ładunku była konstruowana w Instytucie Lotnictwa. Obecnie prawie wszystkie liczące się koncerny samochodowe posiadaj własne rozwiązania systemów spalania z uwarstwieniem ładunku wykorzystujących bezpośredni wtrysk paliwa (GDI – Gasoline Direct Injection) zawirowania ładunku.
Dla dobrego rozumienia procesów zachodzących podczas spalania mieszanki jednorodnej w ładunku zawirowanym konieczne jest prowadzenie obszernych badań podstawowych.
Przedstawiana niej praca podejmuje to wyzwanie. W pracy tej przez przeprowadzenie serii eksperymentów podjęto próbę objaśnienia zjawisk towarzyszących spalaniu jednorodnej mieszanki w ładunku silnie zawirowanym, aby uzyskać odpowiedzi na następujące pytania:
• jaka jest struktura płomienia w ładunku zawirowanym?
• jaki jest związek ilościowy między parametrami charakteryzującymi płomień a parametrami ruchu wirowego?
• jaki jest związek ilościowy między gaszeniem płomienia a składem mieszanki i przyspieszeniem odśrodkowym w wirze?
• jaki jest wpływ zawirowania na bilans cieplny komory spalania?
• jaki jest mechanizm gaszenia płomienia w wirującej mieszance? [WSTĘP]

Więcej informacji w Bibliotece Cyfrowej CYBRA